Al-Si钎料和Al-Zn钎料耐蚀性能对比研究

郑建峰 陈德娟 蔡蔷 赵越

(1.浙江衢州大通锅炉有限责任公司 浙江衢州 324000;2.中国海洋大学材料科学与工程研究院 山东青岛 266100;3.广东恒基金属制品有限公司 广东佛山 528305)

1 引言

钎焊是常用的铝合金焊接方法之一，与熔焊相比其特点明显：加热温度一般低于母材熔点，对母材物理化学性能无明显的不利影响；钎焊温度低，易对工件整体均匀加热等。制冷管路铝铝钎焊，特别是感应钎焊，已经成为制冷行业为实现全面铝代铜而采取的主要焊接方法 。目前所使用的铝合金钎料品种较多，主要以共晶成分的铝合金为基础。根据钎焊温度，可以分为Al-Si系高温钎料和Al-Zn系中温钎料，前者熔化温度为577～580℃，接近铝的熔点，因此钎焊难度较大；后者熔化温度为382～400℃，焊接工艺难度较小，但是其耐蚀性能较差。随着新材料科技的发展，市面上新型Al-Zn钎料层出不穷，制冷行业有采用中温钎料Al-Zn系钎料钎焊铝管接头和铜铝管接头的趋势。但是由于GB 9237-2001《制冷和供热用机械制冷系统安全要求》，对制冷系统中的铝制构件钎焊材料选择含锌材料提出了限制性要求，而Al-Zn钎料是否能达标却令人怀有疑问。本文主要从Al-Si钎料和Al-Zn钎料的抗腐蚀性能方面探究，继而比较二者的优劣，以望在实际生产中能给予企业技术建议。

图1 电化学试样

图2 盐雾试验试样宏观形貌对比

图3 盐雾试验试样表面微观组织形貌

2 试验材料

本试验以1060铝片为母材，分别选用Al-Si钎料和Al-Zn钎料焊接，焊接工艺为感应钎焊，所用电源设备为EFD公司生产的Minac感应钎焊设备。母材及两种钎料的化学成分见表1，焊接工艺参数见表2。

3 试验方法

3.1 中性盐雾实验

采用感应钎焊工艺分别使用两种钎料焊接1060铝片得到焊接接头，用丙酮将试件样品表面油污清理干净，然后蒸馏水冲洗后晾干称重。根据GB/T 10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行腐蚀试验，采用乙酸铜加速盐雾腐蚀。样品表面与垂直方向成30°角，腐蚀液采用5%氯化钠溶液，在溶液中加入氯化铜（CuCl ·2H2O，0.26g /L±0.02g/L)，采用连续雾化，试验时间为24小时。

实验后将样品干燥1h，然后用流动水冲洗以除去表层残留盐雾溶液，吹干后称量，比较试验前后质量变化。观察比较样品的宏观形貌，用YJ100-310型金相显微镜观察焊缝处的微观组织结构。

3.2 电化学试验

首先将钎料置于铝板上，加热使其熔化铺展，然后在铺展区选取1cm×1cm 的区域进行线切割，最后对所得试样进行打磨清洗进而得到电化学试样，如图1所示。本实验运用Autolab Pgstat 302N电化学工作站，采用三电极体系在室温下的中性3.5%NaCl溶液中对钎料电化学试样进行极化曲线测试，扫描范围为-1.4V~0.4V，扫描速率为2mV/s，对得到的极化曲线进行拟合并分析试样的腐蚀行为。

4 试验结果及讨论

4.1 盐雾试验结果及分析

4.1.1 腐蚀失重比较

表3为试样在中性盐雾试验后的腐蚀失重数据。为保证数据的准确性，每种钎料测试3个样品，然后取平均值。从表3中我们可以看出，使用Al-Zn钎料焊接的试样失重量明显大于Al-Si钎料的，从质量损失的角度说明Al-Zn钎料的耐蚀性比Al-Si钎料的耐蚀性要差。

4.1.2 试样宏观形貌对比

应用Al-Si钎料和Al-Zn钎料进行感性钎焊所得焊接接头在中性盐雾试验前后的宏观形貌对比如图2所示。腐蚀后，试样母材和焊接接头均发生不同程度的腐蚀，而且后者较前者腐蚀更加明显。图2中Al-Si钎料填充的焊缝处变化不明显，腐蚀产物很少。对比看出，Al-Zn钎料填充的焊缝处在腐蚀试验后焊缝清晰可见，表面较光亮，点蚀相互连接扩展成团簇，并产生大量腐蚀产物，部分腐蚀产物鼓泡剥落。

4.1.3 腐蚀试样微观组织形貌

图3为两种钎料焊接试样经盐雾试验后表面金相显微照片。在图3A没有出现明显的裂纹，只发现一些因腐蚀产物剥落留下的坑点。而在图3B中，去除表面腐蚀产物后发现表面有大量的孔洞，在晶界上已形成大的蚀坑，蚀坑内部有小点蚀坑，有的已连接贯通，说明Al-Zn钎料焊接试样发生了严重的腐蚀。

4.2 电化学测试结果及分析

由中性盐雾结果看出Al-Si钎料的抗腐蚀性比Al-Zn钎料的抗腐蚀性要好，为了进一步研究这两种钎料的耐蚀性，本课题组又做了电化学试验，图4是 Al-Si钎料和Al-Zn钎料的电化学极化曲线，表4为极化曲线经拟合后得到的腐蚀电位、腐蚀电流。

图4 Al-Si钎料和Al-Zn钎料的电化学极化曲线

表1 铝管、Al-Si钎料和Al-Zn钎料的化学成分（%）

表2 焊接工艺参数

表3 腐蚀失重数据

表4 Al-Si钎料和Al-Zn钎料极化曲线拟合结果

从图4中可以看出，Al-Si钎料的腐蚀电位明显高于Al-Zn钎料，从拟合结果（表4）看，两者的Ecorr相差高达0.437V，说明Al-Zn钎料更容易发生腐蚀；另外，Al-Si钎料的腐蚀电流密度也较Al-Zn钎料有很大的降低，分别为0.386μA和20.732μA，这说明Al-Zn钎料有更快的腐蚀速度；极化电阻值是反映材料抗电化学腐蚀性能的重要指标，从极化曲线的拟合结果看，Al-Zn钎料的极化电阻值约为1.9kΩ，而Al-Si钎料的极化电阻值则高达227kΩ，进一步说明了Al-Si钎料具有更好的抗电化学腐蚀性能。这主要是由于Zn与Al的互溶度很大，钎料熔化时Zn以相当快的速度向Al基体晶间渗透，形成一种高选择性的晶界沉淀物，加之铝锌之间具有较大的电位差，在腐蚀介质中晶界迅速遭到侵蚀，发生较为严重的晶间腐蚀。

5 结论

(1)中性盐雾试验结果表明，应用Al-Zn钎料感应钎焊焊接所得试样试验后有大量白色腐蚀产物，腐蚀失重量大，金相显微镜观察到明显的腐蚀裂纹，许多蚀坑分布在晶界上，相比之下，Al-Si钎料感应钎焊焊接所得试样的腐蚀较轻微。

(2)从电化学极化曲线的测试结果分析可知Al-Zn钎料比Al-Si钎料更容易发生电化学腐蚀且腐蚀速率更大。

(3)本文试验证明了Al-Zn钎料的耐蚀性远不如Al-Si钎料，而在制冷产品中不可避免要接触腐蚀环境，因此生产厂家在选用铝铝钎焊钎料时要慎重，着重考虑钎料的抗腐蚀性。

[1]左轲，赵亚涛，王昕，等.冰箱前排铝合金管感应钎焊试验研究[J].焊接.2012(4)：51-54.

[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册：焊接方法及设备[M].北京市：机械工业出版社.2008：561.

[3]GB 9237-2001.制冷和供热用机械制冷系统安全要求.